L'introduzione degli airbag frontali in Europa risale alla metà degli anni '80, mentre negli USA le prime applicazioni su modelli di prestigio si registrarono già nel 1973. Oggi, a distanza di decenni, i moderni airbag sono progettati per proteggere gli occupanti anche in posizioni non ottimali o quando si guida molto vicini al volante. Tuttavia, è importante notare che ancora oggi non vengono svolti test specifici per chi indossa occhiali o fa uso della pipa, con potenziali rischi non del tutto esclusi in caso di attivazione.
La Necessità degli Airbag: Oltre la Cintura di Sicurezza
L'airbag è nato per superare i limiti di ritenuta offerti dalle sole cinture di sicurezza, sebbene queste ultime, anche se di tipo evoluto a 3 punti con pretensionatore, rimangano insostituibili per la sicurezza degli occupanti di un veicolo. L'airbag, infatti, è un sistema aggiuntivo. I limiti delle cinture, principalmente in caso di urto frontale, includono il rischio di impatti della testa contro volante o parabrezza, degli arti inferiori contro le parti interne del veicolo, e potenziali lesioni al torace per eccesso di ritenuta. Inoltre, il fenomeno del “submarining” (scivolamento dell'occupante per insufficiente ritenuta addominale della cintura) rimane in parte irrisolto.
Inizialmente, la normativa USA FMVSS 208 prevedeva che l'airbag fosse efficace anche per gli occupanti non cinturati, in urti frontali a 50 Km/h contro una barriera fissa entro un cono di 30° sia a destra che a sinistra. Questa prescrizione ha portato, per molti anni, alla produzione di airbag “full size” con volumi notevoli, fino a 80 litri per il conducente e 200 litri per il passeggero.
Unificazione dei Volumi tra USA ed Europa e l'Airbag a Doppio Stadio
Negli USA ci si è presto resi conto che sacchi così voluminosi e le potenti cariche necessarie per attivarli potevano essere controproducenti e lesivi per guidatori o passeggeri in posizione non corretta al momento dell'attivazione. Questa condizione, definita “out of position”, include casistiche come la posizione delle braccia, l'eccessiva vicinanza al volante, o il sedile bambino montato contromano con airbag attivo.
Di conseguenza, gli USA hanno ridotto i volumi degli airbag frontali, mentre l'Europa ha visto un aumento dei volumi iniziali, portando a una sostanziale unificazione intorno ai 50-60 litri per il guidatore e 90-120 litri per il passeggero. Successivamente, per mitigare i rischi collaterali all'esplosione degli airbag, sono stati introdotti gli airbag a doppio stadio. Questi sistemi modulano l'energia di attivazione e la quantità di gas immesso nel sacco in base agli input dei sensori, che registrano l'entità dell'urto e la tipologia degli occupanti. Abbinati a cinture di sicurezza con limitatori di carico e pretensionatori, riducono ulteriormente i rischi di “out of position” e “submarining” in caso di decelerazioni modeste, sebbene non li eliminino completamente.
Tipologie di Airbag e la Loro Evoluzione
Gli airbag si distinguono in base alla loro posizione e funzione, includendo diverse tipologie:
- Airbag frontale: Due airbag frontali, uno per il conducente integrato nel volante e l'altro per il passeggero posizionato nella parte superiore del cruscotto anteriore.
- Airbag laterali: Introdotti agli inizi degli anni '90 per proteggere la zona toracica, sono solitamente alloggiati nel pannello porta o nella parte esterna dello schienale dei sedili. Si tratta di airbag piccoli, di circa 6 litri, di tipo “ibrido” con carica gassosa sotto pressione.
- Airbag a tendina: Apparsi qualche anno dopo gli airbag laterali, sono destinati alla protezione della testa e sono alloggiati all'interno del rivestimento laterale del sottotetto.
- Airbag per le ginocchia: Uno è posto sotto il volante per il conducente e l'altro sotto il cruscotto portaoggetti per il passeggero anteriore.
- Airbag frontale (centrale): Una tipologia di airbag che si trova nel bracciolo dei sedili anteriori o nella parte centrale dei sedili posteriori, pensato per prevenire il contatto tra gli occupanti in caso di impatto laterale.
- Airbag per pedoni: Un dispositivo di sicurezza pensato per ridurre al minimo le lesioni del pedone in caso di collisione con l'auto.
Oggi, anche un'auto di basso livello monta almeno due airbag, mentre un'auto di livello superiore può arrivare ad avere anche 12 o più airbag.
Il Funzionamento dell'Airbag: Componenti e Attivazione
L'airbag è formato da cinque elementi principali:
- Il sensore: Rileva l'impatto o la decelerazione.
- La centralina: Assorbe, immagazzina e invia il segnale al comando di accensione del detonatore.
- Il detonatore: Innesca la sostanza presente nella capsula esplosiva, dando il via a una reazione chimica.
- La capsula esplosiva: Contiene una sostanza, l'azoturo di sodio, che reagisce producendo una grande quantità di gas. Gli azoturi o azidi sono composti binari nati dall’unione dell’azoto con un metallo o vari gruppi organici.
- Il sacco salvavita: Il cuscino che si gonfia.
L'apertura (gonfiaggio) è comandata da sensori preposti a saggiare gli urti ricevuti.
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Il Ruolo della Velocità e della Decelerazione
La velocità è un fattore importante per determinare l'apertura dell'airbag. Una cifra generica, tarata dalle case costruttrici, è di circa 50 km/h. Quindi, in caso di incidente, un urto che ne consegue, superiore ai 50 km/h, farà in modo che il sensore attivi l'airbag. Tuttavia, questo dato può essere preso alla lettera soprattutto per veicoli nuovi.
Non è solo la velocità, però, a contribuire all'apertura dell'airbag. Il sensore che lo comanda svolge il lavoro più complesso, capendo quando è il momento di attivarlo. L'airbag si attiva per decelerazioni significative. Generalmente, la soglia d'intervento è intorno all'equivalente di un impatto a 20 km/h contro una barriera inamovibile (come un muro). I sensori si attivano anche per accelerazioni tra circa 3 grammi e 5 grammi, a seconda della direzione dell'urto. Per motivi di sicurezza e per evitare attivazioni non necessarie, devono essere sempre attivati due sensori operanti in modo indipendente per inviare le informazioni per l'attivazione dell'airbag.
Se un impatto non comporta deformazioni capaci di attivare i sensori, l'airbag non scatta, il che è un vantaggio, poiché un'attivazione inutile aggiungerebbe il costo di ripristino dell'airbag al danno dell'impatto. Se non ci sono traumi facciali e non si è sbattuto contro il volante, significa che le cinture hanno funzionato e che l'airbag, non aprendosi, ha svolto correttamente il suo "non lavoro".
I Sensori dell'Airbag: Componenti Chiave
A seconda del sistema e del numero di airbag presenti, i sensori di crash o accelerazione sono installati direttamente nella centralina o come satelliti nella parte anteriore o laterale del veicolo. I sensori anteriori sono sempre doppi. Spesso si tratta di sensori che utilizzano sistemi molla/massa, dove un rullo inerziale con peso standard, avvolto da una cinghia di molle in bronzo, si muove solo quando una forza agisce da una certa direzione. In caso di tale forza, il rullo inerziale ruota contro la forza di dispiegamento della molla in bronzo e chiude il circuito verso la centralina tramite i contatti. Per l'autodiagnosi, nel sensore è presente anche una resistenza di valore elevato.
Gli accelerometri possono contenere grandi quantità di silicio. Se viene applicata una forza, il blocco di silicio si sposta nel sensore. Attraverso il tipo di sospensione della massa nel sensore, si verifica una variazione di capacità, che rappresenta un'informazione dalla centralina. Questi sensori sono installati con una capacità di rilevamento molto rapida per inviare le informazioni all'unità di controllo il più rapidamente possibile in caso di collisione laterale.
Vengono utilizzati anche sensori di pressione, installati sulla porta, che reagiscono alle variazioni di pressione all'interno della porta in caso di incidente. Per i veicoli che utilizzano questi sensori, è fondamentale rimontarli correttamente se la guarnizione della portiera viene rimossa, poiché una perdita di pressione dovuta a un'errata installazione della piastra di tenuta della porta potrebbe compromettere il funzionamento del sensore. Quando si installa il sensore di crash, è essenziale prestare attenzione alla direzione di installazione indicata dalla freccia sul sensore.
Casi di Attivazione Anomala e Mancata Attivazione
Esiste una casistica non indifferente di attivazione non attesa dell'airbag (“no-fire”), anche in assenza di rischi di lesioni per gli occupanti, a fronte di impatti di modestissima entità. In questa tipologia anomala rientrano anche le frequenti sollecitazioni subite dalle ruote a causa di buche stradali, dossi, binari, marciapiedi, ecc. che, in linea teorica, non dovrebbero causare l'attivazione degli airbag. In questi casi di attivazione inutile e indesiderata, si può ipotizzare che il fabbricante abbia scelto una soglia di attivazione del sistema di ritenuta troppo bassa per eccesso di prudenza.
Al contrario, esistono anche casi di mancata attivazione dell'airbag a fronte di urti frontali o laterali, decelerazioni e lesioni fisiche degli occupanti assolutamente importanti. Nell'ambito di questa casistica, che coinvolge la sicurezza degli utenti, si rileva spesso indifferenza, non collaborazione e talvolta ostilità da parte delle Case nelle verifiche stragiudiziali congiunte dei singoli veicoli coinvolti.
Oggi esiste un solo regolamento (USA FMVSS208) che fornisce prescrizioni univoche per l'“out of position” degli airbag frontali guidatore e passeggero, mirato a salvaguardare gli occupanti potenzialmente più sensibili (5% lato guida, bambini di 1, 3 e 6 anni lato passeggero). Ogni costruttore può prevedere strategie differenti. Va comunque tenuto conto che i casi di pericolosità noti si riferiscono fondamentalmente ad applicazioni per il Nord America nel periodo in cui i regolamenti prescrivevano la protezione con airbag per occupanti non cinturati.
Test e Criticità Specifiche
Rischio per Persone con Occhiali
Nel caso di utilizzo degli occhiali, non si può escludere totalmente la presenza di rischi in caso di attivazione dell'airbag. Tuttavia, durante la fortissima decelerazione che precede la ritenuta del cuscino, è ragionevole attendersi che gli occhiali non rimangano sul viso e siano proiettati in avanti. La mano subirà una fortissima accelerazione legata all'apertura dello sportello e del cuscino; in casi particolarmente sfortunati, la mano stessa potrebbe essere lanciata contro il viso, poiché i tempi in gioco non consentono una reazione attiva dell'individuo. Nonostante ciò, non vengono svolti test specifici per chi indossa gli occhiali.
Seggiolini per Bambini e Airbag Anteriore
Per quanto riguarda i test specifici con seggiolini del gruppo 1 o 2-3 (rialzi) posizionati fronte marcia sul sedile passeggero, questo quesito ricade nell'ambito del veicolo completo. Risulta che prove di questo tipo vengano effettuate con sistemi di ritenuta per bambini posizionati sul sedile posteriore. Data l'estrema variabilità delle configurazioni possibili con i seggiolini, in termini di posizionamento, inclinazione, utilizzo delle basi e delle maniglie di sostegno, è molto difficile dire se vi sia interazione o meno tra bambino e airbag nel caso in cui il seggiolino sia posizionato sul sedile anteriore, fronte marcia e arretrato.
Durata e Sostituzione dell'Airbag
L'airbag, come molte altre parti dell'auto, è un componente che andrebbe sostituito periodicamente. Sebbene non vi siano significative novità nei protocolli di prova mirati a verificare la durata nel tempo del prodotto, la durata dell'airbag dipende dalla tipologia di auto. Per auto più datate, la durata massima si aggira intorno agli 8-10 anni, mentre in quelle di ultima generazione intorno ai 15 anni.
Se l'airbag si apre e si gonfia a seguito di un urto violento, i palloncini devono necessariamente essere smontati e sostituiti, trattandosi di accessori monouso. La sostituzione non può essere fatta autonomamente dagli automobilisti, ma richiede l'intervento di un'officina meccanica di fiducia. Il costo per la sostituzione di un airbag varia a seconda del modello di vettura: per le utilitarie, la spesa può oscillare da un minimo di 300 € fino a oltre 900 €. Se si aprono entrambi gli airbag anteriori, i costi raddoppiano, e crescono vertiginosamente per vetture di fascia alta. Inoltre, a seguito di un urto che comporta l'apertura di un airbag, spesso si danneggiano anche la centralina e le cinture di sicurezza, rendendo la riparazione ancora più costosa.
Sistemi ADAS e l'Interazione con gli Airbag
Nel contesto della sicurezza veicolare moderna, i sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) giocano un ruolo sempre più importante. Sistemi come la frenata automatica di emergenza e il controllo di corsia (Lane control) sono progettati per prevenire gli incidenti o ridurne la gravità. Ad esempio, la "frenata automatica" può attivarsi anche a basse velocità, come uscendo da un garage sotterraneo, indicando una sensibilità del sistema. Alcuni sistemi, come il Front Assist, funzionano entro i 35 km/ora, mentre altri come il Lane Control dopo i 65 km/ora.
È fondamentale ricordare che gli ADAS sono ausili e non una sostituzione del pilota, a cui non bisogna affidarsi ciecamente. Intervengono sempre nei limiti della fisica e sono spesso tarati per evitare falsi positivi, il che può comportare che non rilevino efficacemente veicoli non perfettamente allineati o situazioni complesse. Anche se alcuni sistemi, come quelli della T-Roc, sono considerati tra i migliori nel panorama automobilistico, l'errore fa parte del gioco.
Per quanto riguarda un eventuale mancato funzionamento del sistema di frenata in concomitanza con l'apertura degli airbag, le informazioni sono spesso troppo scarne per formulare ipotesi precise. Tuttavia, un'accelerazione di 6.5g, ad esempio, è evidentemente oltre la soglia di attivazione degli airbag.